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ESTUDIO DE LA CORRELACIÓN ENTRE LA DQO DE UNA

MUESTRA DE AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA Y SU

ABSORBANCIA EN EL RANGO DE 250 – 600 NM

INGRID YERALDIN RODRÍGUEZ GARCIA

GREIS GERALDINE SILVA UVA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS.

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA SANITARIA

BOGOTÁ

2019

ESTUDIO DE LA CORRELACIÓN ENTRE LA DQO DE UNA

MUESTRA DE AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA Y SU

ABSORBANCIA EN EL RANGO DE 250 – 600 NM

INGRID YERALDIN RODRÍGUEZ GARCIA

20152181590

GREIS GERALDINE SILVA UVA

20152181587

Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar el título de:

INGENIERIA SANITARIA

JORGE ALONSO CÁRDENAS LEÓN

QUÍMICO

DIRECTOR

Grupo de Investigación:

Semillero de investigación K

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA SANITARIA

BOGOTÁ D.C.

2019

Nota de aceptación

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

Director

_________________________________

Jurado 1

_________________________________

Jurado 2

Bogotá, _______________.

Resumen y AbstractIV

1. RESUMEN

La Demanda Química de Oxígeno (DQO) determina la cantidad de oxígeno requerido para

oxidar la materia orgánica contenida en una muestra de agua, bajo condiciones específicas

de agente oxidante, temperatura y tiempo de reacción. Para determinar este parámetro en

una muestra de agua residual pueden usarse básicamente dos métodos, uno de digestión a

reflujo en sistema abierto y otro de digestión en sistema cerrado. Sin embargo, en ambos

casos, la digestión tarda dos horas y la medición, en su conjunto, por lo menos tres horas.

En este proyecto de investigación se busca establecer una relación entre la DQO de una

muestra de agua residual doméstica y su absorbancia en la región UV/VIS comprendida

entre 250 y 600 nm. Para ello se toman muestras compuestas de agua residual en tres

puntos distintos del río Tunjuelo, denominados en este estudio como ‘Makro sobre

Autopista Sur’, ‘Carrera 80 con intersección Río Tunjuelo’ y ‘Río Tunjuelo con

intersección Avenida Ciudad de Cali.’

En cada uno de esos puntos se midió la DQO por el método estándar de digestión en

sistema cerrado (SM 5220 CHEMICAL OXYGEN DEMAND) y posteriormente se

determinó el área bajo la curva espectral, ABC’ en el rango 250-600 nm, encontrándose,

para todos los casos, una relación absolutamente lineal entre estas dos variables. Las

mediciones espectrales se realizaron en un espectrofotómetro marca Shimadzu, Modelo UV

1280, utilizando celdas de cuarzo, de un centímetro de espesor.

Las curvas de calibración se construyeron sobre diluciones de la muestra original, en

factores de 10 y, midiendo, para cada una de esas muestras diluidas, el área bajo la curva

espectral en el rango 250 a 600 nm. Con estos datos se realizaron gráficas de ABC ‘vs’

Resumen y AbstractV

DQO, obteniéndose, en la mayoría de los ensayos, coeficientes de correlación lineal

cercanos a uno.

Finalmente, con dichas curvas se realizaron ejercicios de predicción, cuyas desviaciones

fueron inferiores al 15 %. No obstante, se encontró también, que las predicciones se ajustan

mejor cuando las curvas se construyen por rangos de concentración. Análogamente a como

sucede con la masa de una sustancia -no existe una balanza capaz de medir con precisión,

desde 1,0 miligramo hasta una tonelada- tampoco se encontró una curva de calibración

capaz de predecir con precisión la DQO de una muestra de agua residual doméstica, para

cualquier rango de concentración.

Palabras claves: Agua Residual doméstica, Demanda Química de Oxígeno,

espectrofotometría UV/VIS, Curva espectral, Estandarización de Métodos Analíticos.

Resumen y AbstractVI

2. ABSTRACT

The Chemical Oxygen Demand (COD) determines the amount of oxygen required to

oxidize the organic matter contained in a water sample, under specific conditions of

oxidizing agent, temperature and reaction time. In order to determine this parameter in a

sample of residual water, two methods can be used, one of reflux digestion in the open

system and another of digestion in the closed system. However, in both cases, the digestion

takes two hours and the measurement, as a whole, at least three hours. This research project

seeks to establish a relationship between the COD of a sample of domestic wastewater and

its absorbance in the UV / VIS region between 250 and 600 nm. For this, composite

samples of wastewater are taken at three different points of the Tunjuelo River, referred to

in this study as ‘Makro on Autopista Sur’, ‘Carrera 80 with intersection Río Tunjuelito’ and

‘Río Tunjuelito with intersection Avenida Ciudad de Cali.’

In each of these points the COD was measured by the standard closed system digestion

method (SM 5220 CHEMICAL OXYGEN DEMAND) and subsequently the area under the

spectral curve, ABC 'in the range 250-600 nm was determined, being, for In all cases, an

absolutely linear relationship between these two variables. The spectral measurements were

made on a Shimadzu brand spectrophotometer, Model UV 1280, using quartz cells, one

centimeter thick.

The calibration curves were constructed on dilutions of the original sample, by factors of 10

and, measuring, for each of those diluted samples, the area under the spectral curve in the

range 250 to 600 nm. With these data, graphs of ABC ‘vs’ COD were made, obtaining, in

most of the trials, linear correlation coefficients close to one.inally, with these curves,

prediction exercises were performed, whose deviations were less than 15%. However, it

Resumen y AbstractVII

was also found that the predictions fit better when the curves are constructed by

concentration ranges. Similarly to what happens with the mass of a substance - there is no

balance capable of measuring accurately, from 1.0 milligram to one ton - nor in this case

was a calibration curve able to accurately predict the COD of a sample of domestic

wastewater, for any concentration range.

Keywords: Domestic Wastewater, Chemical Oxygen Demand, UV / VIS

spectrophotometry, Spectral curve, Standardization of Analytical Methods.

ContenidoVIII

CONTENIDO

1. RESUMEN ................................................................................................................................. 4

2. ABSTRACT ............................................................................................................................... 6

3. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 11

4. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ...................................................................................... 13

5. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 14

➢ General ................................................................................................................................. 14

➢ Específicos ............................................................................................................................ 14

6. MARCO REFERENCIAL ..................................................................................................... 15

6.1. Estado del arte ................................................................................................................. 15

6.2. Marco teórico ................................................................................................................... 19

6.2.1. Demanda Química De Oxigeno .............................................................................. 19

6.2.2. DQO por sistema Cerrado ...................................................................................... 21

6.2.3. Espectrofotometría .................................................................................................. 22

7. METODOLOGÍA ................................................................................................................... 27

7.1. Reactivos, Materiales Y Equipos ................................................................................... 27

7.1.1. Reactivos: ................................................................................................................. 27

7.1.2. Materiales y Equipos: ............................................................................................. 30

7.2. Procedimientos: ............................................................................................................... 34

7.2.1. Selección punto de muestreo: ................................................................................. 34

7.2.2. Toma de muestras: .................................................................................................. 37

7.2.3. Determinación de DQO por sistema cerrado:....................................................... 38

7.2.4. Procedimiento para la obtención del Área Bajo la Curva: .................................. 41

7.3 Cronograma ........................................................................................................................... 42

8. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS ............................................................. 43

9. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 56

10. RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 58

11. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 60

ContenidoIX

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Seguimiento en línea para monitoreo y control en planta de tratamiento de agua

residual ............................................................................................................................................. 20

Figura 2 Radiación electromagnética definida por dos parámetros longitud de onda y frecuencia.

........................................................................................................................................................... 22

Figura 3. Bandas del espectro electromagnético. ........................................................................ 23

Figura 4. Intensidad radiante absorbida por el analito. ................................................................. 24

Figura 5. Curva espectral. ............................................................................................................... 26

Figura 6. Mapa de los puntos de muestreo del Río Tunjuelo. ..................................................... 35

Figura 7. Punto de muestreo en el MAKRO de la Autopista Sur con intersección al Río Tunjuelo

........................................................................................................................................................... 36

Figura 8. Punto de muestreo Calle 80con intersección al Río Tunjuelo ....................................... 36

Figura 9. Punto de muestreo Avenida ciudad de Cali con intersección al Río Tunjuelo ............. 36

Figura 10. Procedimiento de muestreo ........................................................................................... 37

Figura 11. Procesos previos al método de DQO por sistema cerrado ........................................ 38

Figura 12. Diagrama de flujo para el procedimiento de la determinación de DQO ................. 39

Figura 13 Cronograma de actividades .......................................................................................... 42

Figura 14. Muestreos realizados en la Avenida ciudad de CALI con intersección al río

Tunjuelo ........................................................................................................................................... 44

Figura 15. Probabilidad diaria de precipitación en Bogotá ........................................................ 44

Figura 16. Precipitación de lluvia mensual promedio en Bogotá ................................................ 45

Figura 17. Muestreos realizados en MAKRO de la AUTOPISTA SUR con intersección rio

Tunjuelo .......................................................................................................................................... 46

Figura 18. Muestreos realizados en la Calle 80 en intersección con río Tunjuelo ..................... 47

Figura 19. Grafica del primer muestreo punto MAKRO con autopista intersección rio

Tunjuelo sur junto a la Ecuación lineal y el R2 ............................................................................ 49

Figura 20. Grafica del primer muestreo punto Avenida Ciudad de Cali intersección rio

Tunjuelo junto a la Ecuación lineal y el R2 .................................................................................. 50

Figura 21 Grafica del primer muestreo punto Calle 80 con intersección rio Tunjuelo, junto a

la Ecuación lineal y el R2 ................................................................................................................ 51

Figura 22 Relaciones entre las muestras directas y diluidas analizando ABC Vs DQO........... 53

Figura 23 Relación ABC Vs DQO de todos los muestreos realizados en el río Tunjuelo ......... 55

ContenidoX

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Referentes bibliográficos seleccionados. Tema de determinación de DQO ................ 17

Tabla 2. Materiales y equipos utilizados en el laboratorio .......................................................... 30

Tabla 3. Muestras y cantidades de reactivos para diferentes tubos de digestión ...................... 41

Tabla 5. DQO predichas y porcentaje de desviación calculado entre los resultados de DQO

obtenidas en el punto de muestreo MAKRO con intersección rio Tunjuelo ............................. 49


obtenidas en el punto Avenida Cali con intersección rio Tunjuelo............................................. 50


obtenidas en el punto Calle 80 con intersección rio Tunjuelo. .................................................... 52

Tabla 4. Resultados de los ensayos realizados en muestras directas y diluidas ......................... 53

LISTA DE ECUACIONES

Ecuación 1. La transmitancia ............................................................................................... 25

Ecuación 2. La absorbancia .................................................................................................. 25

Ecuación 3 Calculo de la absortividad ................................................................................. 25

Ecuación 4.Ecuación lineal................................................................................................... 48

Ecuación 5. Coeficiente de correlación lineal de Pearson .................................................... 54

Introducción XI

3. INTRODUCCIÓN

En la actualidad el crecimiento poblacional y la demanda del recurso hídrico han causado el

deterioro de las principales fuentes de abastecimiento, debido a la contaminación generada

por actividades antrópicas.

La mayor parte de los problemas concernientes a la calidad del agua están relacionados con

su contaminación por materia orgánica, proveniente de aguas residuales domésticas y una

amplia gama de sustancias químicas provenientes de aguas residuales industriales. Debido a

la gran variedad de compuestos orgánicos presentes, usualmente se utilizan parámetros

indirectos y globales a fin de caracterizar estos contenidos en las aguas residuales. La

demanda química de oxígeno (DQO) y la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) son los

parámetros más utilizados en la caracterización de este tipo de sustancias. Desde hace

mucho tiempo, los agentes químicos oxidantes han sido usados para medir la demanda

química de oxígeno de los cuerpos de agua contaminados, y durante muchos años se usaron

soluciones de permanganato de potasio. (Aparicio, 2015), estos parámetros constituyen dos

de los parámetros más difíciles de medir para cualquier laboratorio de aguas. Por tal

motivo, resulta imprescindible poder utilizar instrumentos que permitan que el tiempo de

obtención de dichos parámetros sea más corto, efectivo, exacto y eficaz.

Para el caso de la determinación de la DQO en agua residual los métodos más empleados

han sido el sistema cerrado y el sistema abierto, los cuales llevan un proceso de digestión y

de titulación, por lo que la obtención del resultado es demorada. Debido a la necesidad de

medir la DQO en muestras de agua residual y obtener resultados confiables y fáciles de

medir en un periodo de tiempo más corto que los actuales métodos de medición, es

Introducción XII

necesario la aplicación de nuevos métodos que empleen menor tiempo para la obtención de

los resultados de DQO esperados.

Es por ello que en el presente proyecto de investigación se busca encontrar correlaciones

entre valores de DQO de una muestra de agua residual y su absorbancia en un rango de luz

UV - visible entre los 250 a 600 nm. Dando uso de esta forma a la espectrofotometría, que

es el estudio de la absorción y emisión de radiación electromagnética (luz) por un elemento

o molécula causante de desplazamientos electrónicos a capa superiores, estas transiciones

determinan la región del espectro en la que tiene lugar la absorción(Martínez & Perez,

2009). Es a partir de dichas correlaciones, que se llevaron a cabo unas graficas con el

objetivo de que fueran un instrumento para predecir el valor de DQO de una muestra una

vez se haya dado lectura al área bajo la curva de la misma a partir del espectrofotómetro.

Agilizando así el proceso para la obtención de otro parámetro importante a medir en

muestras de agua residual como DBO e identificar mejor el rango requerido de análisis.

Para la obtención de dicha grafica es necesario tener en cuenta que los valores de DQO

deben tener un rango variado, es decir que se debe tener dentro de la gráfica valores de

DQO mínimos y máximos, para que pueda usarse en muestras de aguas residuales con alta

y baja carga contaminante.

13

Estudio de la correlación entre la DQO de una Muestra De Agua Residual Doméstica ysu

Absorbancia En El Rango de 250 a 600 Nm

4. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Cerca del 80% del agua que es usada para actividades antrópicas, es descargada sobre los

diferentes cuerpos hídricos contaminando los ríos, quebradas, lagos, mares, pozos

subterráneos, aljibes, etc. Además de la construcción de pozos sépticos y rellenos sanitarios

que aportan también a diversos daños ambientales, como contaminación del suelo y

subsuelo. Fuera de esto se le ha dado un uso inadecuado e indiscriminado al recurso hídrico

por parte de los seres humanos lo cual ha causado que el agua se vaya escaseando en

diferentes partes del mundo. Es por esto que en la actualidad en Colombia existe

normatividad encaminada a controlar los vertimientos que se realizan en los cuerpos de

agua, como lo es la resolución 0631 de 2015 y 0883 de 2018 (Ministerio de Ambiente y

Desarrollo Sostenible, 2019). Para lo cual se tiene en cuenta diversos parámetros que

permiten determinar la calidad del agua y evitar que si el agua vertida tiene altos niveles de

contaminación, no sea vertida antes de haberle realizado algún tipo de tratamiento. Dentro

de los parámetros que se tienen en cuenta se encuentra la DQO el cual es uno de los

parámetros más importantes ya que permite medir el grado de contaminación de un cuerpo

de agua; una medición promedio de DQO tarda alrededor de 3 a 4 horas en un laboratorio,

y siendo un parámetro tan importante es indispensable que se pueda disminuir el tiempo de

obtención de dicho parámetro, cabe mencionar que este parámetro se encuentra relacionado

con la DBO de una muestra y que su resultado es fundamental para poder realizar el

adecuado procedimiento de DBO, por lo mencionado anteriormente en la presente

investigación se desea reducir el tiempo para hallar la DQO para que sea más rápida y

sencilla con ayuda de la absorción por espectrofotometría lo cual reduciría el tiempo a 30

14



minutos aproximadamente. A partir de la correlación de absorción y la DQO de una

muestra.

5. OBJETIVOS

➢ General

▪ Estudiar la correlación entre la DQO de una muestra de agua residual doméstica y

su absorbancia en el rango de 250 – 600 nm

➢ Específicos

▪ Seleccionar un cuerpo de agua residual doméstica dentro de la ciudad de

Bogotá, y definir puntos de muestreo donde se obtengan diferentes valores de

DQO.

▪ Medir la DQO del agua residual de la muestra por el método de sistema cerrado.

▪ Determinar la curva espectral de la muestra en el rango de 250 – 600 nm con el

fin de encontrar patrones de absorción.

▪ Correlacionar las DQO con las Áreas Bajo la Curva obtenidas de la muestra y de

esta manera realizar gráficas que permitan predecir la DQO de un mismo punto

de muestreo.

15



6. MARCO REFERENCIAL

6.1.Estado del arte

Para llevar a cabo la investigación se hace necesario un previo estudio bibliográfico con el

fin de conocer estudios y a su vez métodos empleados para la determinación del parámetro

de interés en la presente investigación.

Durante mucho tiempo la demanda química de oxígeno (DQO) y la demanda bioquímica de

oxígeno (DBO) han sido determinadas con el uso de soluciones de permanganato de

potasio. La oxidación producida por el permanganato era altamente variable en los

diferentes tipos de compuestos, y el grado de oxidación cambiaba de manera considerable

con la concentración del reactivo usado. El sulfato férrico, el yodato de potasio y el

dicromato de potasio son otros agentes oxidantes que han sido extensamente estudiados

para la determinación de la demanda química de oxígeno. A partir de los resultados

obtenidos en diferentes estudios se identificó que el dicromato de potasio era el más

práctico de todos. Puesto que es capaz de oxidar casi completamente una gran variedad de

sustancias orgánicas, dentro de estas, gasta gran cantidad de dióxido de carbono.

(Ramalho., 2003) Sin embargo, a partir de 1926 fue publicada la determinación de DQO a

partir del uso de dicromato y ácido sulfúrico, más calor, método para producir un

equivalente químico rápido de la medición de DQO. (Aparicio, 2015)

Desde 1949 la DQO ha existido como un procedimiento recomendado oficialmente y había

sido publicado como tal por parte de Standard Methods. Los estudios siguientes de materia

orgánica refractaria a la oxidación fueron reportados por Janicke en 1983, además de incluir

16



la presencia de un catalizador Ag2SO4. Luego de evidenciar los métodos estudiados para la

determinación de DQO, se puede evidenciar que estos tardan bastante tiempo para arrojar

un resultado de dicho parámetro.

Por otra parte el análisis de la DQO se ha modificado en varias ocasiones, como es el caso

de la cantidad de los reactivos usados, por ejemplo el sulfato de plata que se añade para

mejorar la oxidación de los componentes alifáticos de cadena lineal, el sulfato de mercurio

y el ácido sulfámico. (Environmental protection Agency , 1973). A pesar de estas mejoras,

el método de la DQO tiene algunas limitaciones como: el no oxidar completamente algunos

compuestos aromáticos y piridinas, el emplear cantidades importantes de reactivos y la

posterior eliminación de grandes cantidades de metales pesados. Sobre estos problemas se

ha investigado extensamente, Jeris indica un método rápido con un periodo de digestión

más corto pero cuyos resultados no son comparables a los obtenidos con el método

normalizado, Shriver y Young en un trabajo derivado de las investigaciones de Jeris,

determinan el Cromo (III) formado durante la digestión midiendo la absorbancia a 606 nm

posteriormente han aparecido varios trabajos en los que se profundiza en la determinaci6n

del Cromo (III) por co1orimetria y en el empleo de menores cantidades de muestra y de

reactivos en el análisis. (Rosell & Huertas, 1986).

Además de los métodos anteriormente descritos en la Tabla 1se mencionan algunos

estudios y escritos relacionados con la determinación de DQO en aguas residuales.

17



Tabla 1.Referentes bibliográficos seleccionados. Tema de determinación de DQO

CIUDAD AUTORES ENTIDAD TITULO OBJETO DE ESTUDIO

Montería

Colombia.

Galeano, C;

Hernandez,

N; Estrada,

P. 2018

Grupo de

Investigación

Ciencias

Ambientales

Aplicadas

“GICAP”,

SENA,

Centro de

Comercio,

Industria y

Turismo.

Validación de la

metodología

analítica para la

determinación

de DQO en agua

natural y

residual por

métodos

colorimétrico y

titulométrico

(reflujo

cerrado).

Obtener un método validado, dado por unos

parámetros de calidad calculables mediante

herramientas matemático – estadísticas

tales como: exactitud, precisión,

sensibilidad, selectividad, límites de

detección y cuantificación, entre otros. A

excepción de la representatividad que

aunque es otro parámetro de calidad, está

ligada fundamentalmente a la toma de

muestras. Para tal fin se validaran dos

métodos analíticos para la determinación de

DQO en aguas naturales y agua residual por

el método Colorimétrico y Titulométrico

(reflujo cerrado) en el laboratorio de

investigación calidad ambiental del SENA -

regional córdoba.

Pereira

Colombia

Rueda, Y;

Casayan M.

2015

Universidad

tenológica de

Pereira

facultad de

tecnologías

escuela de

química.

Verificación del

método

determinación

de demanda

química de

oxígeno en agua

residual, en el

laboratorio

multipropósito

de Calarca s.a.

esp.

Ejecutar y comprobar que el método DQO

reflujo cerrado colorimétrico rango bajo y

rango alto, provee datos objetivos en el

análisis de aguas residuales en el

Laboratorio de la Empresa Multipropósito

de Calarca S.A. ESP. Además de Aplicar el

procedimiento general de verificación de

metodologías analíticas, propuesto para el

laboratorio de la Empresa Multipropósito

de Calarca S.A. ESP y determinar las

características o atributos del método

analíticos que se va a verificar; los cuales

son: media,

desviación estándar y coeficiente de

variación.

18



CIUDAD AUTORES ENTIDAD TITULO OBJETO DE ESTUDIO

Ciudad de

México.

García,

Alejandro

J.

Hernandez,

Ramón M.

Grande,

Miguel O.

2008

Programa de

Ingeniería

Química

Ambiental y

de Química

Ambiental

(PIQAyQA)

Facultad de

Química,

Universidad

Nacional

Autónoma de

México.

Demanda

química de

oxígeno de

muestras

acuosas; método

alternativo y

tratamiento de

los residuos

generados por el

método

tradicional de

reflujo abierto y

por el método

alternativo.

Realizar un estudio comparativo entre los

métodos analíticos estándar de reflujo

abierto y el método rápido-colorimétrico de

reflujo cerrado, utilizados para la

determinación de la demanda química de

oxígeno (DQO) y, a través del análisis

estadístico correspondiente, estimar la

diferencia real que existe entre ellos; medir

la precisión de la estimación para, en caso

de ser adecuado, poder implementar el

método colorimétrico que permita

minimizar la generación de residuos

contaminantes durante la aplicación de esta

prueba.

Estados

Unidos

Editado por

W. O’dell

James.

Agosto

1993

United States

Environment

al Protection

Agency.

The

Determination

of Chemical

Oxygen

Demand by

SemiAutomated

Colorimetry

Determinación de la DQO por

espectrofotometría UV-VIS. (Método del

dicromato potásico). Este método cubre la

determinación de la demanda química de

oxígeno (DQO) en aguas subterráneas y

superficiales, desechos domésticos e

industriales.

El rango aplicable es 3-900 mg / L.

Fuente: Autores

19



6.2.Marco teórico

A continuación se muestran algunos fundamentos necesarios para comprender la presente

investigación.

6.2.1. Demanda Química De Oxigeno

La Demanda Química de Oxígeno (DQO) determina la cantidad de oxígeno requerido para

oxidar la materia orgánica en una muestra de agua, bajo condiciones específicas de agente

oxidante, temperatura y tiempo. La prueba se basa en que todos los compuestos orgánicos,

con unas pocas excepciones, pueden ser oxidados por la acción de agentes oxidantes

fuertes. Los nitrógenos (con un número de oxidación de -3) se convierten a nitrógeno

amoniacal. Sin embargo, el nitrógeno orgánico en estados más altos de oxidación se

convierte a nitratos. La DQO permite hacer estimaciones de la demanda bioquímica de

oxígeno (DBO), que a su vez es una medida de la cantidad de oxígeno consumido en el

proceso biológico de degradación de la materia orgánica en el agua; en el término

degradable puede interpretarse como expresión de la materia orgánica que puede servir de

alimento a las bacterias; a mayor DBO, mayor grado de contaminación. Este parámetro

representa una medida de toda la materia orgánica e inorgánica presente en disolución y/o

suspendida que puede ser químicamente oxidada, por la acción de agentes oxidantes, bajo

condiciones ácidas y se mide como miligramos de “oxígeno” equivalentes a la fracción

orgánica disuelta y/o suspendida por litro de disolución (agua residual). (Fernandez,

Hernandez, & Grande, 2008).

En esta determinación la materia orgánica es oxidada a bióxido de carbono y agua:

20



Las sustancias orgánicas e inorgánicas oxidables presentes en la muestra, se oxidan

mediante sistema cerrado en solución fuertemente ácida (H2SO4) con un exceso de

dicromato de potasio (K2Cr2O7) en presencia de sulfato de plata (Ag2SO4) que actúa como

agente catalizador, y de sulfato mercúrico (HgSO4) adicionado para eliminar la

interferencia de los cloruros. Después de la digestión, el K2Cr2O7 remanente se titula con

sulfato ferroso amoniacal para determinar la cantidad de K2Cr2O7 consumido. La materia

orgánica se calcula en términos de oxígeno equivalente. Para muestras de un origen

específico, la DQO se puede relacionar empíricamente con la DBO, el carbono orgánico o

la materia orgánica.(Skoog, West, R, & Crouch, 2005)

Mediante este parámetro se puede realizar un seguimiento monitorio y se puede dar un

seguimiento en línea de la calidad del agua residual en tratamiento, midiendo la DQOInf (a

la entrada) y la DQO Efl (a la salida). Esto se puede observar en la Figura 1.Que se

visualiza a continuación.

Figura 1Seguimiento en línea para monitoreo y control en planta de tratamiento de agua residual

Fuente: (Fernandez, Hernandez, & Grande, 2008).

21



Dentro de los métodos más usados y empleados en la investigación se encuentra el método

de sistema cerrado.

6.2.2. DQO por sistema Cerrado

Es aplicable a muestras previamente homogenizadas o de naturaleza muy homogénea y/o

cuando la disponibilidad de muestras es escasa. Los compuestos orgánicos e inorgánicos

presentes en la muestra de agua se oxidan bajo condiciones de ácido crómico fuerte,

durante un período de digestión de dos horas a temperatura de 150ºC en un reactor

precalentado. Los reactores, emplean un bloque calentador con un sistema de control de

temperatura muy preciso, para garantizar que la temperatura de digestión sea exactamente

de 150ºC +/- 2ºC. Los recipientes para depositar las muestras son viales de diferentes

tamaños. El método de sistema cerrado es más económico en cuanto al uso de reactivos,

pero requiere una mayor homogenización de las muestras que contienen sólidos

suspendidos para obtener resultados reproducibles. Básicamente consiste en someter las

muestras a tratamiento térmico durante unas dos horas en un digestor después de la adición

de un exceso conocido del oxidante. (APHA-AWWA-WPCF, 1992)

Otro concepto importante para tener en cuenta es la espectrofotometría ya que se empleó

para el desarrollo de la presente investigación.

22



6.2.3. Espectrofotometría

La luz se puede explicar como un conjunto de radiaciones que se mueven por todo el

espacio. Aquellas detectables por nuestro ojo corresponden a la luz visible, pero la mayoría

son invisibles para nosotros. Estas radiaciones se pueden describir como partículas y como

57 ondas. La descripción de onda se basa en que la luz son campos eléctricos y magnéticos

que oscilan perpendicularmente a la dirección de traslación por el espacio dando lugar a

ondas transversales. (Levine, 2004)

Una radiación electromagnética (cualquier fenómeno ondulatorio) Figura 2.Se define

generalmente por dos parámetros:

6.2.3.1.Longitud de onda (λ): Distancia recorrida por un ciclo completo que existe de

cresta a cresta de onda.

6.2.3.2.Frecuencia (v): Se denomina frecuencia al número de oscilaciones completas que

realiza la onda por segundo.

Figura 2 Radiación electromagnética definida por dos parámetros longitud de onda y frecuencia.

Fuente: Levine, 2004

23



El conjunto de radiaciones electromagnéticas se llama espectro electromagnético, en donde

son agrupados para conocer sus propiedades. El espectro electromagnético se divide en 58

segmentos o bandas clasificadas por la longitud de onda: ondas de radio, microondas,

infrarroja, región visible (que percibimos como luz), rayos ultravioleta, rayos X y rayos

gamma, en la figura 3. Se muestran las zonas del espectro según la clasificación. (Oceano,

2002)

Figura 3. Bandas del espectro electromagnético.

Fuente: Oceano, 2002 (Levine, 2004)

Con base a lo anterior nace la espectroscopia o espectrofotometría, que es el estudio de la

absorción y emisión de radiación electromagnética (luz) por un elemento o molécula

causante de desplazamientos electrónicos a capa superiores, estas transiciones determinan

la región del espectro en la que tiene lugar la absorción (Martínez & Perez, 2009). Es decir

la espectrofotometría se basa en la relación que existe entre la absorción de luz por parte de

un compuesto y su relación. La ley Fundamental en que se basa los métodos

espectrofotométricos es la ley de Lambert – Beer nos dice que la absorbancia de radiación

electromagnética producida por una especie absorbente es directamente proporcional a la

24



trayectoria de la radiación a través de la disolución y a la concentración (Martínez & Perez,

2009).

La ley de absorción (Ley de Beer-Lambert), indica cuantitativamente la forma en que el

grado de atenuación depende de la concentración de las moléculas absorbentes y de la

longitud del trayecto en el que ocurre la absorción.

Figura 4. Intensidad radiante absorbida por el analito.

Fuente: APHA-AWWA-WPCF, 1992

Como se muestra en la figura 4, la intensidad de la energía radiante incidente I0 puede ser

absorbida por el analito, lo que produce la transmisión de menor energía radiante, I. En la

figura se ilustra la atenuación de un haz paralelo de radiación monocromática a su paso por

una solución absorbente con grosor de b cm y concentración de c mol/L. Debido a las

interacciones de los fotones con las partículas absorbentes la fuerza radiante del haz se

reduce de I a I0 (P0 a P). (APHA-AWWA-WPCF, 1992)

25



6.2.3.3. Ley De Beer Lambert

La transmitancia T de la solución es la fracción de radiación incidente que se trasmite en la

solución, como se muestra en la Ecuación (1). Es frecuente que se exprese como un

porcentaje, denominado porcentaje, denominado porcentaje de transmitancia.

Ecuación 1. La transmitancia

𝑇 = 𝑃

𝑃𝑜

La absorbancia A de una solución se relaciona con la transmitancia de manera logarítmica,

como lo indica la Ecuación 2.

Ecuación 2. La absorbancia

𝐴 = −𝐿𝑜𝑔 𝑇 = 𝐿𝑜𝑔 𝑃

𝑃𝑜

Normalmente, la transmitancia y absorbancia, según se definen en las Ecuaciones 1 y 2, no

son susceptibles de medida como se muestran, ya que la solución que se estudia debe

mantenerse en algún tipo de recipiente. (Skoog, West, R, & Crouch, 2005)

Según la ley de Beer, la absorbancia es directamente proporcional a la concentración de la

especie absorbente c y a la longitud del trayecto b del medio de absorción, como se expresa

en la Ecuación 3.

Ecuación 3 Calculo de la absortividad

𝐴 = 𝐿𝑜𝑔 𝑃

𝑃𝑜= 𝑎𝑏𝑐

26



En la ecuación 3 se observa la constante de proporcionalidad llamada absortividad. Dado

que la absorbancia es una cantidad sin unidades, la absortividad debe tener unidades que

eliminen a las de b y c. (APHA-AWWA-WPCF, 1992).

6.2.3.4.Curva Espectral

La curva espectral es una representación de alguna función de la atenuación del haz de

radiación frente a la longitud de onda, la frecuencia o número de onda. (Kuhn, D., & H.,

2012). La longitud de onda de trabajo corresponde, generalmente, a la longitud de onda en

la cual la absorbancia del analito (sustancia a analizar) es máxima, y recibe la

denominación de Lambda máximo (λmax). Para seleccionar el λmax., se hace un espectro

de absorción o curva espectral, que consiste en una gráfica de la absorbancia de una

solución de la sustancia absorbente de concentración adecuada, medida a distintas

longitudes de onda y en ella se determina el λmax. (Oceano, 2002). Como se puede

visualizar en la figura 5, que se muestra a continuación.

Figura 5. Curva espectral.

Fuente: (Oceano, 2002)

27



7. METODOLOGÍA

Debido a la necesidad de medir la DQO en muestras de agua residual y obtener resultados

confiables y fáciles de medir en un periodo de tiempo más corto que los actuales métodos

de medición para dicho parámetro, se buscan correlaciones entre valores de DQO de una

muestra de agua residual y su absorbancia en un rango de luz UV - visible entre los 250 a

600 nm. Hallando las correlaciones se elaboran unas graficas con el fin de que se pueda

predecir el valor de DQO de una muestra una vez se haya dado lectura a la absorbancia de

la misma a partir del espectrofotómetro.

Para llevar a cabo el proyecto fue necesario contar con los insumos que se harán mención a

continuación.

7.1. Reactivos, Materiales Y Equipos

7.1.1. Reactivos:

Para realiza la prueba de DQO se necesitaron de reactivos los cuales fueron

preparados en el laboratorio de calidad del agua de la universidad distrital Francisco

José De Caldassede bosa porvenir teniendo en cuenta la siguiente metodología

tomada del libro de calidad de agua para estudiantes de ciencias ambientales del

profesor Jorge cárdenas león (Cárdenas León, 2005):

28



7.1.1. Solución digestora = solución patrón de dicromato de potasio 0,25 N

Fuente: Autores basados en (Cárdenas León, 2005)

7.1.1.1.Solución catalizadora (Ag2SO4 al 1,0% en H2SO4)


29



7.1.1.2.FAS = Solución titulante o de Fe2+ aproximadamente 0,05 N


7.1.1.3.Solución control de Biftalato ácido de potasio


30



7.1.1.5.Ferroina: Solución de color rojo intenso de Fe2+ ion con 1,10- fenantrolina, se

utiliza como un indicador redox. La ferroína cambia de rojo a azul pálido cuando se

oxida. Esta solución fue posible usarla ya que la universidad facilitó la disposición

del recurso.

7.1.2. Materiales y Equipos:

Para la realización de la investigación fueron necesarios los materiales y equipos que se

muestran a en la Tabla 2. Los cuales fueron facilitados por la universidad distrital, y el

laboratorio de calidad del agua.

Tabla 2. Materiales y equipos utilizados en el laboratorio

DESCRIPCIÓN IMAGEN

Pipetas volumétricas graduadas (3 y 2ml)

Matraz de aforo (100 y 500 ml)

31



Erlenmeyers (100 ml 0 50ml)

Beakers (100, 250 o 500ml)

Frasco lavador

Agitador magnético e Imán

32



Tubos de digestión

Gotero

Recipiente plástico con acople para el

muestreador, para almacenamiento y

transporte de la muestra.

Biodigestor

33



Balanza analítica

Espectrofotómetro

Bureta digital

Fuente: Autores

34



7.2. Procedimientos:

Se inicio escogiendoun punto de muestreo de agua residual de carácter domestico las cuales

se tomaron teniendo encuenta el siguiente procedimiento:

7.2.1. Selección punto de muestreo:

7.2.1.1. Cuerpo de agua a analizar dentro del casco urbano de la ciudad de Bogotá:

El cuerpo hídrico seleccionado para estudio fue el río Tunjuelo, el cual cuenta con una

longitud de cauce de 73 km siendo este el río más grande de la ciudad de Bogotá, que nace

entre la Laguna de los Tunjos en el Páramo de Sumapaz y el Embalse de la Regadera, a

3700 msnm, este tiene 41.534,6 Ha de área total de la cuenca las cuales están distribuidas

en las localidades de Usme, Ciudad Bolívar, Kennedy, Tunjuelito, Rafael Uribe, San

Cristóbal, Puente Aranda, Antonio Nariño, Bosa y el municipio de Soacha. Este cuerpo

hídrico es afectado por acción antrópica debido al crecimiento poblacional de la ciudad de

Bogotá, en la cual el río es fuente receptora de residuos sólidosy de aguas residuales

provenientes de: el relleno sanitario Doña Juana, las curtiembres en los barrios San Benito

y San Carlos las cuales hacen uso de diversos procesos químicos para la transformación del

cuero, “lo cual originan en mayor número la carga de metales pesados arrojados al

río”(CASTAÑO PACHÓN & URREGO MUÑOZ, 2015), así como también las descargas

de la red de aguas residuales (agrícolas, domésticas e industriales) que aporta la ciudad, uno

de los puntos industriales a resaltar es la planta de sacrificio animal frigorífico Guadalupe

S.A. y la venta clandestina de carnes del sector.

35



7.2.1.2.Puntos específicos del rio Tunjuelo elegidos para realizar muestreos:

En la figura 6, se relacionan los puntos seleccionados para los diferentes muestreos de agua

residual llevados a cabo durante la investigación en el río tunjuelo.

Figura 6. Mapa de los puntos de muestreo del Río Tunjuelo.

Fuente: Autores.

A continuación en las figuras 7,8 y 9 se muestra cada uno de los puntos seleccionados para

muestreo mencionados anteriormente.

36



Figura 7. Punto de muestreo en el MAKRO de la Autopista Sur con intersección al Río Tunjuelo

Fuente: Autores

Figura 8. Punto de muestreo Calle 80con intersección al Río Tunjuelo

Fuente: Autores

Figura 9. Punto de muestreo Avenida ciudad de Cali con intersección al Río Tunjuelo

Fuente: Autores

37



7.2.2. Toma de muestras:

Para la toma de muestras de agua residual doméstica se hizo uso del muestreador

suministrado por el profesor Jorge Alonso Cárdenas León el cual se puede ver en la figura

10; el procedimiento que se realizó en cada muestreo fue el siguiente: dentro del

muestreador se ubica un frasco en el cual se almacena y transporta el agua de muestra, este

frasco ajusta en una rosca insertada en la tapa del muestreador el cual tiene 2 orificios, uno

de entrada de agua y uno de salida de aire, el muestreador tiene un tiempo de llenado de 1

minuto. Por lo tanto es necesario asegurar que el muestreador este dentro del cuerpo de

agua al menos un minuto, durante este tiempo se va realizando un desplazamiento por el

área transversal del cauce, con el fin de quela muestra tomada sea representativa. ( Instituto

De Hidrología, Meteorología Y Estudios Ambientales De Colombia, 2002)

Figura 10. Procedimiento de muestreo

Fuente: Autores.

38



7.2.3. Determinación de DQO por sistema cerrado:

Antes de la determinación de la DQO se realizan los pasos descritos en la figura 11.

Figura 11. Procesos previos al método de DQO por sistema cerrado

Fuente: Autores.

Para el desarrollo del presente trabajo se siguió la metodología científica y protocolos

estandarizados para medición de DQO y mediciones de espectrofotometría, tomando como

referencia lo expuesto en el estado del arte literal 4.1. Donde se habla sobre la

determinación de la DQO mediante el método de sistema cerrado, proceso que se explica

paso a paso en la figura 12. A cada una de las muestras se les realizaron 3 ensayos con el

fin de promediar los resultados y evitar fallos en las mediciones, por tanto se procedía con

el método con mínimo 3 tubos de digestión, con blancos, 3 controles y 3 con agua de

muestra.

39



Figura 12. Diagrama de flujo para el procedimiento de la determinación de DQO

Fuente: Autores.

40



7.2.3.1. Cálculos para determinación de DQO

• BLANCO (determina la concentración del FAS)

[] FAS = (VBU * K2Cr2O7 (0.1N)) / V de FAS del B

VBU= Volumen de blanco usado

V de FAS del B= volumen promedio del FAS gastado en la titulación del blanco

[] FAS= concentración del FAS

• DQO CONTROL

DQO como mgO2 /L=((V de FAS del B-V de FAS del C)* [] FAS* 8000)/ ml

muestra


V de FAS del C = volumen promedio del FAS gastado en la titulación del control


C = 8000 es el Peso equivalente del Oxígeno * 1000

• DQO MUESTRA

DQO como mgO2 /L =((V de FAS del B- V de FAS de la M)* [] FAS* 8000)/ ml

muestra


V de FAS de la M = volumen promedio del FAS gastado en la titulación de la muestra


8000 = es el Peso equivalente del Oxígeno * 1000

41



Se realizó un ajuste en los volúmenes sugeridos en el Estándar Métodos debido a que la

capacidad de los tubos de ensayo que se tenían a disposición en el laboratorio de calidad del

agua, no eran suficientemente grandes para soportar 15 ml, y no se siguió la de 7,5 ml

debido a la probabilidad de error que existía para determinar valores no exactos en pipetas

aforadas, por tanto se realiza un ajuste de los valores recomendados como se muestra en la

tabla 3.

Tabla 3. Muestras y cantidades de reactivos para diferentes tubos de digestión

Valores recomendado por estándar métodos.

Valores asumidos en la investigación

Fuente: Tomado y modificado de (APHA-AWWA-WPCF, 1992)

7.2.4. Procedimiento para la obtención del Área Bajo la Curva:

Para realizar la curva espectral se empleó un espectrofotómetro Shimadzu UV 128. Para

llevar a cabo la lectura de absorbancia de las muestras se emplearon dos celdas propias del

equipo. En una de sus celdas se adicionó agua des-ionizada como blanco y en la otra celda

se trabajaron las deferentes muestras obtenidas en los puntos de muestreos seleccionados. A

estas soluciones se le tomaron diluciones de 1 a 10 con el fin de tener una absorbancia de la

misma muestra a diferentes concentraciones; el rango de absorbancia a medir fue desde

250nm hasta 600nm, realizando mediciones en intervalos de 20 nm, para hallar el máximo

42



valor de absorbancia. Seguido a esto se tiene en cuenta el valor calculado del área bajo la

curva, de cada una de las soluciones colocadas en las celdas, que se obtiene directamente

del espectrofotómetro, con el objetivo de encontrar alguna relación entre la absorbancia y la

DQO de las muestras.

7.3 Cronograma

En la figura 13, se puede observar el tiempo requeridoy las actividades desarrolladas

durante la investigación para llevar cada uno de los objetivos propuestos en el mismo.

Figura 13 Cronograma de actividades

Fuente: Autores.

43



8. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS

8.1. Para cada uno de los puntos seleccionados del río Tunjuelo se realizó una gráfica

donde se relacionan los resultados obtenidos entre la DQO y su correspondiente

área bajo la curva, para cada muestreo realizado, en ese mismo lugar.

8.1.1. Muestras tomadas en el punto Avenida Ciudad de Cali, intersección con río

Tunjuelo. En la figura 14. Se muestra la gráfica donde se puede observar el

comportamiento de los diferentes muestreos para el punto sobre la Avenida Ciudad de Cali,

intersección con río Tunjuelo. Obsérvese que en esta gráfica se obtiene un comportamiento

similar en los 2 primeros muestreos, los cuales fueron tomados en el mes de Mayo, que

coincidió con un periodo de altas precipitaciones. El último muestreo, línea de trazo gris,

fue realizado durante el mes de Agosto, un mes que coincidió con bajos niveles de

precipitación en Bogotá. Los datos climáticos obtenidos a partir de (weatherspark, 2019)

ver figura 15 y 16, muestran el comportamiento del clima en Bogotá, durante el periodo de

los muestreos. Es por estas variaciones en el clima que se hace necesario realizar curvas de

calibración específicas para periodos lluviosos –rangos bajos de concentración de DQO- y

periodos secos –rangos altos de concentración.

Al analizar los resultados se observa también que la DQO no es siempre lineal con la

absorbancia, para cualquier rango de concentración. Se observa que la relación es lineal,

pero también, que es necesario precisar los rangos de concentración para los cuales es

aplicable dicha relación lineal. En otras palabras, es necesario diseñar y realizar nuevos

ensayos, específicos para diferentes rangos de concentración.

44



Figura 14. Muestreos realizados en la Avenida ciudad de CALI con intersección al río Tunjuelo

Fuente: Autores.

Figura 15. Probabilidad diaria de precipitación en Bogotá

Fuente: Tomado y modificado de: (weatherspark, 2019)

Promedio de lluvias para Mayo y Agosto.

Promedio de lluvias en Junio en la primera mitad del mes fechas de los muestreos. Promedio de lluvias en

Julio en la segunda parte del mes fechas en las que se tomaron los muestreos

156, 160163, 176

184, 139

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

AB

C E

SPEC

TRO

DE

25

0 -

60

0 N

M

DQO

ABC/DQO

22/05/2019

29/05/2019

27/08/2019

45



Figura 16. Precipitación de lluvia mensual promedio en Bogotá

Fuente: Tomado y modificado de:(weatherspark, 2019)

Promedio de lluvias para mayo.

Promedio de lluvias en junio en la primera mitad del mes fechas de los muestreos. Promedio de lluvias en

Julio en la segunda parte del mes fechas en las que se tomaron los muestreos

8.1.2. Al igual que en el punto anterior, se realiza una gráfica que reúne los diferentes

muestreos realizados en el punto MAKRO que queda sobre la Autopista Sur. En la figura

17 se puede ver cómo sigue existiendo una relación directamente proporcional entre la

DQO y la absorbancia de la muestra, en los dos primeros ensayos, donde los resultados de

DQO fueron relativamente cercanos, uno del otro, 83 mg O2/l y 91mg O2/l, realizados a

finales de Mayo e inicios de junio respectivamente, meses con lluvias más altas ver figuras

(15 y 16). No obstante el tercer ensayo realizado a finales del mes de julio arroja un valor

de DQO bajo (23 mg O2/l) con respecto a los obtenidos anteriormente, figura 18, línea de

trazo gris. Vale la pena mencionar que este valor de DQO está respaldado por el valor

obtenido para la solución control de biftalato de potasio, que para este caso fue de 194 mg

O2/l. Por tanto, solo puede decirse que la DQO de la muestra analizada ese día, fue bajo y

que se desconocen las causas que pueden producir esta variación en los resultados de DQO.

46



Figura 17. Muestreos realizados en MAKRO de la AUTOPISTA SUR con intersección rio Tunjuelo

Fuente: Autores.

8.1.3. En la figura 18 se muestran los resultados obtenidos en el punto de muestreo ‘Calle

80, intersección con el río Tunjuelo’, donde se observa un comportamiento similar al

encontrado en el punto ‘Avenida Ciudad de Cali, cruce con el río Tunjuelo. Nótese que en

los dos primeros ensayos –líneas de trazo amarillo y azul- los resultados prácticamente se

superponen, mientras que, en la muestra tomada, tomada en tiempo seco –línea de trazo

gris- la pendiente de la recta es más inclinada, lo que hace que, para una misma área bajo la

curva, el valor de DQO aumente.

83, 14091, 156

23.6, 66

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

AB

C E

SPEC

TRO

DE

25

0 -

60

0 N

M

DQO

ABC/DQO

27/05/2019

05/06/2019

19/07/2019

47



Figura 18. Muestreos realizados en la Calle 80 en intersección con río Tunjuelo

Fuente: Autores.

8.2. Para cada uno de los puntos de muestreo se realizaron ejercicios de predicción, que

se corresponden con los valores reales, siempre y cuando, la muestra cuya DQO se

pretende predecir, haya sido tomada para un régimen climático, semejante al

utilizado para realizar la curva de predicción. Por esta razón, es importante realizar

curvas de calibración para diferentes regímenes de lluvias y no, una sola para

cualquier tiempo climático. A continuación, se muestran más detalladamente

algunos de los resultados más representativos, obtenidos en los ejercicios de

predicción:

8.2.1. Una vez se observó la correlación entre el área bajo la curva y la DQO de cada una

de las muestras, se procedió a hallar el coeficiente de correlación lineal, el cual refleja la

bondad del ajuste de un modelo a la variable que se pretende explicar, además de

76, 126 80, 128101, 119

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120

AB

C E

SPEC

TRO

DE

LUZ

ENTR

E 2

50

-60

0n

m

DQO

ABC/DQO

11/06/2019

18/06/2019

17/07/2019

48



determinar el porcentaje de relación que existe entre el área bajo la curva y la DQO de las

diferentes muestras. Las predicciones pueden hacerse por interpolación gráfica o mediante

la ecuación que describe la recta experimental, ver Ecuación 4. En la figura 19, se observa,

en el eje de las abscisas los valores de DQO y en el eje de las ordenadas, las

correspondientes ‘áreas bajo la curva espectral’, para el rango 250-600 nm. En esta figura,

b representa el ‘área bajo la curva’ del blanco de DQO y m la inclinación de la recta, la

cual tiende a inclinarse un poco más para tiempo seco y a levantarse un poco, para tiempo

lluvioso. Teniendo en cuenta lo anterior se pude observar que el modelo usado y sus

estimaciones se ajustan bastante a la variable real. Un ejemplo de esto es el muestreo

realizado en el punto de Makro con autopista sur, en donde el R2 obtenido es 1, hecho que

demuestra claramente la relación lineal existente entre estas dos variables. A partir de la

curva de predicción obtenida en el primer muestreo, se puede predecir el valor de DQO del

segundo muestreo, en el mismo punto.

En la Tabla 4. Se muestran los valores de DQO predichos frente a los obtenidos

experimentalmente, siguiendo el método estándar de digestión en sistema cerrado. Nótese

que el porcentaje de desviación, entre el valor predicho y el valor experimental, es inferior

a 9 %; esta desviación es inferior a la máxima permitida por el Estándar Methods, la cual

llega hasta el 25 %. Así, se puede predecir eficientemente el valor de DQO de una muestra

de agua residual doméstica, reduciendo la complejidad de los análisis y los costos y

tiempos de duración de este tipo de pruebas.

Ecuación 4.Ecuación lineal

Y = mx + b

49



Figura 19. Grafica del primer muestreo punto MAKRO con autopista intersección rio Tunjuelo sur junto a

la Ecuación lineal y el R2

Fuente: Autores

Tabla 4. DQO predichas y porcentaje de desviación calculado entre los resultados de DQO obtenidas en el

punto de muestreo MAKRO con intersección rio Tunjuelo

Diluciones ABC

Muestra

DQO

método

estándar

DQO

Predicha

Porcentaje

de

desviación

1/10 33 10 9 9

2/10 48 21 20 2

3/10 63 30 30 0

4/10 78 40 41 2

5/10 90 48 49 2

6/10 102 56 57 3

7/10 115 64 66 3

8/10 128 73 75 3

9/10 142 82 85 3

10/10 156 91 94 4 Fuente: Autores

8.2.2. El comportamiento de los datos se repite en el punto de muestreo ‘Avenida Ciudad

de Cali, intersección, río Tunjuelo’, tal y como se observa en la figura 20, que representa

los datos obtenidos en el primer muestreo realizado en este punto. En esta figura se grafica

el ‘área bajo la curva contra la DQO’, obteniéndose una línea recta cuyo coeficiente de

y = 1.4523x + 19R² = 1

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

AB

C e

spe

ctro

de

25

0-6

00

nm

DQO

ABC vs DQO

primermuestre…

50



correlación lineal, R2, fue de 0,99, confirmándose relación existente entre ambas variables,

también se observa que estos se comportan de una forma directamente proporcional

generando una línea recta en la gráfica cuya ecuación es usada para realizar la predicción

de los demás muestreos del mismo punto, estas predicciones pueden verse en la tabla 5.

Figura 20. Grafica del primer muestreo punto Avenida Ciudad de Cali intersección rio Tunjuelo junto a la

Ecuación lineal y el R2

Fuente: Autores


punto Avenida Cali con intersección rio Tunjuelo

Diluciones ABC

Muestra

DQO

método

estándar

DQO

Predicha

Porcentaje

de

desviación

1/10 36 18 20 11

2/10 53 35 38 8

3/10 69 51 55 7

4/10 84 68 72 6

5/10 102 86 91 6

6/10 119 104 110 5

7/10 132 117 123 5

8/10 144 130 137 5

9/10 160 147 154 5

10/10 176 163 171 5 Fuente: Autores

y = 0.9221x + 17.997R² = 0.9957

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

AB

C E

SPEC

TRO

DE

25

0 -

60

0 N

M

DQO

punto Avenida ciudad de Cali DQO ABC vs DQO

Primermuestreo22-05-19

51



8.2.3. Algo muy similar ocurre en el punto de Calle 80 con intersección al Río Tunjuelo,

ya que se puede evidenciar que la predicción realizada a partir de la curva obtenida en el

primer muestreo, tiene un % de desviación bastante bajo, inferior a 11, evidenciando así,

que es posible realizar la predicción a partir de la lectura de las absorbancias y a partir de la

curva guía, donde se relacionan las áreas bajo la curva y las diferentes DQO. En la figura

21 se puede analizar la curva obtenida y la cual sirvió para predecir la DQO del siguiente

muestreo realizado en el mismo punto. En la Tabla 6 se observa la comparación de la DQO

obtenida por el método estándar y los valores de DQO predichos.

Figura 21 Grafica del primer muestreo punto Calle 80 con intersección rio Tunjuelo, junto a la Ecuación

lineal y el R2

Fuente: Autores

y = 1.5263x + 10R² = 1

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40 50 60 70 80

AB

C e

spe

ctro

en

tre

25

0-6

00

nm

DQO

ABC vs DQO

primermuestreo11-06-19

52




punto Calle 80 con intersección rio Tunjuelo.

Diluciones ABC

Muestra

DQO

método

estándar

DQO

Predicha

Porcentaje

de

desviación

1/10 28 11 11 7

2/10 43 21 22 1

3/10 48 24 25 0,3

4/10 52 28 27 0,3

5/10 65 37 36 1

6/10 78 46 44 2,

7/10 90 54 52 2

8/10 102 62 60 3

9/10 115 71 69 3

10/10 128 80 77 3

Fuente: Autores

8.3. Al realizar las gráficas de DQO ‘vs’ ABC para cada muestra puntual y sus

diluciones (desde 1/10 hasta 10/10), se observa claramente una relación lineal entre

dos variables, extensible a todas las diluciones de la muestra original. Esta relación

se hace más evidente al sobreponer los resultados de la muestra directa con los

resultados de la muestra diluida a diferentes porcentajes, pese a que las diluciones se

trabajan como muestras independientes, (ver figura 22). Cabe mencionar que estas

tienen las mismas condiciones climáticas y de temperatura en el momento del

muestreo, lo cual disminuye la desviación estándar de los datos. A ambas muestras

se le realizan ensayos para determinar su correspondiente DQO y se realizan

lecturas independientes de absorbancias en el espectrofotómetro, obteniendo que la

DQO de la muestra directa y de la muestra diluida, tienen un valor proporcional a la

dilución realizada como se puede ver en la tabla 7.

53



Tabla 7. Resultados de los ensayos realizados en muestras directas y diluidas

Ensayo Muestra Directa

%

Dilución

Muestra Diluida DQO

Esperada

según % ABC DQO mg

O2/l ABC

DQO

mg O2/l

AV CALI

29/05 176 163 50 97 85 82

MAKRO 05/06 156 91 50 88 47 45

CL 80 18/06 126 76 50 71 39 38

CL 80 17/07 119 101 40 49 34 40

MAKRO 19/07 66 24 60 40 13 14

AV CALI

27/08

139 184 50 79 100 92

139 184 70 110 138 129

Fuente: Autores.

Estas observaciones se evidencian también en la figura 22, en la cual se muestran los resultados de cuatro

ensayos que evidencian también, el alto grado de linealidad que existe entre la DQO de una muestra de agua

residual doméstica y su correspondiente área bajo la curva, en el rango 250-600 nm. En estas gráficas, los

puntos amarillos representan los valores de las muestras directas y los azules, los resultados de las

correspondientes diluciones.

Figura 22 Relaciones entre las muestras directas y diluidas analizando ABC Vs DQO

Fuente: Autores

54



8.4. A partir de todos los datos obtenidos durante este proyecto de investigación se

elaboró una gráfica conjunta donde se reúnen los muestreos de Makro con

intercesión al río Tunjuelo, Calle. 80, Avenida Ciudad de Cali y San Benito, de este

último punto solo se realiza un muestreo debido a que los valores de DQO son

similares a los del punto de Avenida Ciudad de Cali, y por tanto se descarta como

punto priorizado. En la gráfica 24. Se evidencia que algunos de los puntos en el

plano cartesiano se encuentran muy dispersos, es por ello que se decide determinar

el coeficiente de correlación, el cual es determinado a partir de la ecuación 5.

Ecuación 5. Coeficiente de correlación lineal de Pearson

Siendo:

• Cov (x;y): la covarianza entre el valor «x» e «y».

• σ(x): desviación típica de «x».

• σ(y): desviación típ

Aplicando la ecuación se obtiene una correlación del 0,88 que según la literatura hay una

correlación fuerte entre la DQO de la muestra y el área bajo la curva. Por otra parte, se

realiza la gráfica usando los datos obtenidos de los diferentes puntos de muestreo, se

evidencia en la gráfica que, aunque hay algunos datos que se encuentran cerca de una línea

55



recta hay otros por su parte que se encuentran alejados de la misma, es por ello que al

graficarla se realiza la obtención de Y y de R donde se va a obtener una relación de los

puntos expresada en una línea recta, como se denota en la figura 23.

Figura 23 Relación ABC Vs DQO de todos los muestreos realizados en el río Tunjuelo

Fuente: Autores

y = 0.9249x + 28.598R² = 0.7789

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

AB

C a

bso

rban

cia

25

0n

m -

60

0n

m

Valores DQO

Relacion ABC Vs DQO

56



9. CONCLUSIONES

• Se concluyó a partir de los datos obtenidos de los ensayos de DQO realizados en los

puntos de muestreo seleccionados, que a pesar de que se realice el estudio a un

mismo cuerpo de agua, los valores de DQO son diferentes y por ello no se puede

obtener una sola curva para predecir las DQO de los diversos puntos, sino que para

cada uno de los puntos se debe realizar una sola grafica de predicción, esto debido a

que se presentan diferentes descargas de vertimientos a lo largo del río, siendo este

un factor que cambie los valores de DQO y de otros parámetros importantes a la

hora de caracterizar un cuerpo de agua residual.

• Por medio de las gráficas creadas a partir de las curvas espectrales obtenidas de los

resultados de las áreas bajo la curva y de las DQO halladas, se pudo evidenciar la

correlación presente entre estos dosparámetros y que es posible a partir de la

realización de una gráfica y con el resultado de un espectrofotómetro determinar

con un menor tiempo un valor cercano a la DQO real, además de que el porcentaje

de desviación para el caso de los tres puntos muestreados fue menor al 9%

mejorando así el error permitido por el Standard Methods.

• Con estos resultados se reafirma que el método a partir de la lectura de absorción de

la muestra y el cálculo del área bajo la curva surge como un método o proceso

alternativo para la obtención de la DQO de una muestra de agua residual por la

57



eficiencia encontrada ya que permite determinar dicho parámetro en menor tiempo,

con un porcentaje menor a los métodos actualmente utilizados y a un menor costo.

• Al realizar los diferentes muestreos en diferentes tiempos climatológicos se pudo

ver la variación de los mismos en términos de DQO y de absorbancias, factor que se

reflejó en las gráficas, que a la hora de comparar los resultados obtenidos de un

mismo punto en diferentes fechas y temporadas se refleja un cambio de los valores,

por lo cual se concluye que una gráfica con datos obtenidos en temporada seca no

puede ser usada para predecir la DQO de una muestra de agua residual en

temporada de lluvia, ya que deben ser graficas independientes.

58



10. RECOMENDACIONES

• Se recomienda realizar numerosas pruebas o ensayos en cada uno de los puntos con el

fin de ajustar las curvas espectrales ya obtenidas, para así reducir el margen de error

que pueda producirse, de esta manera asegurar la predicción de las DQO de estos

puntos. Además de estudiar otros puntos de este mismo cuerpo de agua para evaluar

la calidad del río.

• Se debe tener en cuenta los datos obtenidos en diferentes tiempos climatológicos con

el fin de separarlos y crear una gráfica diferente para cada periodo o temporada (seca

o lluviosa), ya que para la obtención de una DQO de una muestra de agua residual

recolectada en temporada de lluvia, no se podría predecir dicho parámetro usando la

gráfica obtenida en temporada seca.

• En la presente investigación se realizaron los ensayos de DQO en agua residual

obtenida del río Tunjuelo, río que es receptor de diferentes vertimientos, sin embargo

es importante también aplicar este estudio en diferentes cuerpos de agua de interés,

un ejemplo de ello es realizar el estudio en industrias donde tengan una planta de

tratamiento de agua residual, ya que para este tipo de industrias es indispensable

medir diferentes parámetros del agua antes de que sea vertida a un cuerpo de agua

receptor.

• A partir de los resultados obtenidos en los primeros ensayos de la presente

investigación se evidencio que a la hora de medir la absorbancia de la muestra un

factor que podía afectar la lectura era la sedimentación de las partículas presentes en

la muestra, debido a ello se recomienda siempre homogenizar la muestra en la celda

59



de lectura, con el fin de evitar la concentración de partículas en el fondo de la calda y

que los resultados en absorbancia varíen.

60



11. BIBLIOGRAFÍA

Instituto De Hidrología, Meteorología Y Estudios Ambientales De Colombia. (2002).

GUIA PARA EL MONITOREO DE VERTIMIENTOS, AGUAS SUPERFICIALES Y

AGUAS SUBTERRANEAS . Bogotá D.C.

Aparicio, F. V. (2015). Analizadores de proceso en línea . Madrid : Ediciones Díaz de

Santos .

APHA-AWWA-WPCF. (1992). METODOS NORMALIZADOS PARA EL ANALISIS DE

AGUAS POTABLES Y RESIDUALES. Madrid: Ediciones Díaz santos.

Cárdenas León, J. A. (2005). Calidad de aguas para estudiantes de ciencias ambientales.

Bogotá: Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

CASTAÑO PACHÓN, M. J., & URREGO MUÑOZ, L. M. (2015). PROBLEMÁTICAS

SOCIOAMBIENTALES EN LA CUENCA DEL RÍOTUNJUELO: una posibilidad

en la enseñanza y el aprendizaje de la geografía. G I R A M U N D O, R I O D E J A

N E I R O , 95-108.

Dosal, M. A., & Villanueva, M. (2008). INTRODUCCIÓN A LA METROLOGÍA

QUÍMICA CURVAS DE CALIBRACIÓN EN LOS MÉTODOS ANALÍTICOS.

En Antología de Química Analítica Experimental (págs. 18-26). MEXICO: UNAM.

Environmental protection Agency . (1973). Chemical Analysis for Water Qualit.Ohio.

Fernandez, A., Hernandez, R., & Grande, M. (2008). DEMANDA QUÍMICA DE

OXÍGENO. Ciudad de Mexico : Universidad Nacional Autónoma de México .

Kuhn, H., D., F. H., & H., W. D. (2012). Principios de fisicoquímica. Segunda edicion .

Ciudad de Mexico : Cengage Learning Editores S.A.

Levine, I. N. (2004). Fisicoquimica Volumen 2 . Madrid: Interamericana de España S.A.U.

Martínez, F., & Perez, I. d. (Noviembre de 2009). Calibración de un Espectrofotómetro

UV-Visible y evaluación de la Incertidumbre. Nicaragua.

Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. (2019). Vertimientos y reuso de aguas

residuales norma de vertimientos. Bogotá.

Oceano. (2002). Gran enciclopedia de la ciencia y de la técnica: Volumen 4. En Oceano,

Gran enciclopedia de la ciencia y de la técnica: Volumen 4 (pág. 768). Barcelona.

Ramalho., R. (2003). Tratamiento de aguas residuales . Barcelona: Editorial Reverté, S.A. .

RODRÍGUEZ, C. H. (28 de 12 de 2007). DEMANDA QUÌMICA DE OXÌGENO POR

REFLUJO CERRADO Y VOLUMETRIA. Obtenido de IDEAM:

61



http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38155/Demanda+Qu%C3%ADmica+d

e+Ox%C3%ADgeno..pdf/20030922-4f81-4e8f-841c-c124b9ab5adb

Rosell, M. C., & Huertas, J. (1986). Determinación simplificada de la demanda química de

oxígeno por el método del dicromato.Barcelona.

Skoog, D. A., West, D. M., R, F. J., & Crouch. (2005). Fundamentos de Química Analítica

. Mexico Distrito Federal: Thomson.

weatherspark. (20 de septiembre de 2019). es.weatherspark.com. Obtenido de

es.weatherspark.com: https://es.weatherspark.com/y/147155/Clima-promedio-en-

Aeropuerto-El-Dorado-Colombia-durante-todo-el-año#Sections-Precipitation

estudio de la correlaciÓn entre la dqo de una …

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